大型上开式箕斗在超深井中的设计与应用
2021-10-25李峥嵘
李峥嵘
徐州煤矿安全设备制造有限公司 江苏徐州 221011
随着矿山开采向深部化发展[1]，深部提升设备应运而生。开采深度超过 800 m 为深井开采[2-4]。山东莱州汇金矿业纱岭金矿是国家“十三五”重点项目，为国内少有的特大型金矿，主井井深 1 600.2 m，最大提升高度 1 547.5 m，为目前国内最深的超深立井提升。
1 提升容器及相关参数
纱岭金矿的主井井筒直径为 6.8 m，井筒为双箕斗提升。箕斗本体断面为 2 650 mm×1 900 mm，高为14 650 mm，井筒布置如图 1 所示，箕斗有效容积为33 m3，最大载质量为 53 t，自身质量为 50 t，5 根尾绳总载荷为 1 372 kN，箕斗终端载荷为 2 381.4 kN。
图1 主井井筒布置
2 箕斗结构分析及构配件选型
2.1 主绳悬挂装置的选型
箕斗采用 8 根首绳提升 (国内首个 8 绳提升矿井)。由于箕斗终端载荷较大，自身质量较小，因此首绳悬挂装置采用高强度材料 HG70。XSZ350G 型悬挂装置是在 XSZ350 型悬挂装置的基础上进行设计的，根据超深深矿井提升系统的特点，8 根提升钢丝绳的伸长量不一致，需要较大的调节高度，XSZ350 型悬挂装置调节高度为 933 mm，专门加长设计的悬挂装置调节高度为 1 600 mm。XSZ350 型悬挂装置是成熟产品，单架设计破坏载荷为 3 500 kN，8 架的破坏载荷为 28 000 kN，大于箕斗终端总载荷 (2 381.4 kN)，满足《煤矿安全规程》(2016 版) 规定的 10 倍安全系数要求。
2.2 尾绳悬挂装置的选型
箕斗尾绳悬挂装置使用 WY300 型，单套破坏载荷为 3 000 kN，5 套的破坏载荷为 15 000 kN，大于箕斗尾绳总载荷 (1 372 kN)，满足《煤矿安全规程》(2016 版) 规定的 10 倍安全系数要求。
2.3 箕斗本体结构及卸载机构
箕斗本体采用框架式结构，固定斗箱配合上开式侧扇形闸门卸矿。箕斗主要受力部件为上盘体、立柱、下盘体，上盘体承受箕斗 (自身质量+载质量) 全部荷重和尾绳质量，下盘体主要承受尾绳载荷和矿石压力，立柱用于连接上盘体、斗箱、下盘体。箕斗主要受力部件的材料选用 HG70，上盘体与下盘体采用由 HG70 弯成的槽形梁结构，立柱采用 HG70 加工，可有效减轻箕斗本体质量。由于箕斗终端载荷较大，箕斗框架与主吊板采用 68 件 M30 的 10.9 级铰制孔螺栓连接，尾绳悬挂吊板用 52 件 M30 的 10.9 级铰制孔螺栓与框架连接。卸载过程如图 2 所示，当箕斗提升至卸载位置时，卸载轮 3 进入开闭直轨 4，液压缸 5伸出，通过开闭直轨 4 推动卸载轮 3 向右移动，闸门2 打开卸出物料。卸载完毕后，液动直轨工作、闸门2 关闭，箕斗下行，进入下一个提升循环。
图2 箕斗卸载过程
3 技术创新与特点
传统大型活动斗箱底卸式冶金箕斗的卸载方式以液动直轨卸载为主，当箕斗提升至卸载位置时，安全锁钩打开，液动直轨工作，活动斗箱拉移出箕斗框架，底门打开卸出物料。卸载完毕后，液动直轨工作，活动斗箱复位，箕斗下行、安全锁钩闭锁，箕斗进入下一个提升循环。
活动斗箱底卸式箕斗闭锁机构结构简单[5]，该装置平时的点检、保养和维护要求高，如维护不到位会致使闭锁机构动作不可靠或失效，影响井筒的安全运行，闭锁失效工况时有发生，严重影响了矿山安全生产。新研发的固定斗箱上开式侧扇形门底卸式箕斗，改变了开门方式，消除了隐患，满足了矿山安全生产要求。
(1) 把活动斗箱改为固定斗箱，把原冶金箕斗闸门机构改为上开式侧扇形门结构，解决了原冶金箕斗斗箱偏斜和闸门闭锁机构易失效而引起事故的隐患，提高了安全可靠性，简化了闸门开闭机构，减少了事故点，便于检查和维护。闸门开闭运行轨迹是自下而上或自上而下，无论打开还是关闭闸门，均不超出箕斗外廓，消除了闸门意外打开而损坏井筒事故的发生。
(2) 闸门闭锁简单，动作准确，安全可靠。这种结构只有卸载轮进入开闭直轨，开闭液压缸伸出时才能将箕斗闸门打开，而且闸门开启是由小而大，箕斗运行过程中无开闸门冲击力，不会产生箕斗斗箱偏斜的情况。
(3) 箕斗主吊板由“三角板”改成“直连式四角板”结构，增加了强度和箕斗的过卷高度，首绳悬挂采用 XSZ350G 型张力自动平衡首绳悬挂装置，能实现钢丝绳张力差在动、静状态下的自动调整，配套液压缸最大行程 1 600 mm，可满足超深立井提升工况要求。
(4) 箕斗的自身质量与载质量比小于 1。传统箕斗的容积比为 1.2 左右，技术和结构优化在保证安全性和经济性的前提下使用 HG70、BTW 等新材料，33 m3大型冶金箕斗的质量由原来的 60 t 降到 50 t 以内，实现了容积比小于 1 的跨越。
4 结语
大型固定斗箱上开式侧扇形门冶金箕斗的研发解决了传统活动斗箱底卸式冶金箕斗闸门机构经常闭锁失效的隐患，采用高强度材料减轻容器的自身质量，使超深井中容器的自身质量与载质量比小于 1，对超深立井提升系统及大型冶金箕斗设计与应用具有借鉴与指导意义。
